547

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая.

Всем привет и отдельно - товарищу @mrrak за проявленный интерес к тематике поста. Постараюсь поменьше воды и побольше фактов. Итак, поехали!

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Рис. 1. Гидроакустическая антенна комплекса МГ-540 "Скат-3" находится в пространстве между лёгким и прочным корпусом подводной лодки и представляет собой огромную цилиндрическую конструкцию из преобразователей звука в электрические сигналы.


Еще древние греки знали - если один конец огромной трубы опустить в воду, то на другом конце можно будет услышать корабль, бороздящий просторы Эгейского моря. А потом, конечно, сжечь его при помощи огромных зеркал, да. Но почему так?  


Звук в воде.

Все дело в том, что вода - это идеальная среда для распространения акустических волн. Скорость звука в воде почти в пять раз выше, чем в воздухе. Но у водной среды, тем не менее, есть и другое немаловажное свойство - её неоднородность.

На распространение звуковых волн оказывают влияние множество факторов, среди которых:

- температура воды - с изменением температуры воды на 1 градус по Цельсию скорость звука в воде изменяется на 3 м/сек.;

- солёность воды - измеряется в промилле. Плюс/минус один промилле -соответствует изменению скорости звука на 1,2 м/сек. соответственно;

- величина давления - так как она напрямую зависит от глубины погружения, то нам проще считать, что каждые 30 метров скорость звука в воде увеличивается на 0,6 м/сек.

Наибольшие изменения этих величин наблюдаются в вертикальном (по глубине), а не в горизонтальном направлении. И, имея сведения о вертикальном распределении скорости звука, мы делаем вывод о типе гидрологии, который, в свою очередь, определяет траектории распространения звуковых лучей в воде.

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Рис. 2. Дельфины - удивительные морские животные. Они используют эхолокацию в воде для обнаружения косяков рыб и для общения между собой. Мы многому научились у них.


Таким образом, для удобства анализа мы пренебрегаем изменениями скорости звука в горизонтальном отношении. Поэтому нам проще считать, что звук в воде распространяется не волнами, а лучами. В этом случае звуковой луч можно представить в виде линии, по которой движется какая-то точка звуковой волны. И если мы захотим выяснить, каким образом звук в воде будет распространяться от источника к приемнику - мы сможем нарисовать его траекторию.

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Когда скорость звука с глубиной уменьшается, звуковые лучи искривляются вниз (отрицательная рефракция). Если скорость звука с глубиной возрастает, то звуковые лучи отклоняются вверх, изгибаясь в сторону слоя с более низкой скоростью звука (положительная рефракция).

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Рис. 3. Искривление траектории звуковых лучей всегда наблюдается в сторону, где есть слой с более низкой скоростью звука.


Если дистанция между источником и приемником звука относительно невелика, лучи под воздействием рефракции искривляются незначительно, а потому их траектории допустимо отображать в виде прямых линий. Рассмотрим на рисунке пример использования для обнаружения подводной лодки ГАС, опускаемой с противолодочного вертолёта (см. "Винтокрылые охотники").

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Антенна ОГАС излучает звуковые сигналы, распространяющиеся по различным траекториям. Первым до цели приходит сигнал, проходящий по прямому лучу (1), за ним сигнал, отражённый от поверхности (2), следующим сигнал, отражённый от дна (3) и последним - сигнал, последовательно отражённый от дна и поверхности моря (4). Звук, отражённый от цели (эхо), возвращается к антенне по тем же самым лучам.


В природе встречаются области глубин, в которых скорость звука снижена до минимума. Как правило, это области с низкой температурой воды. Если мы поместим в такой области источник звука и отобразим на рисунке траектории звуковых лучей, то мы обнаружим, что часть этих лучей будет задерживаться границами сред с более высокой температурой, формируя таким образом звуковой канал, по которому звук способен распространяться на значительные расстояния.

Охота за подводными лодками. Гидрология войны - часть первая. Охота за АПЛ, Длиннопост, Подводная лодка, Гидроакустика, Гидрология

Звуковой канал может быть сформирован в приповерхностном слое воды, как показано на рисунке выше. Если в районе наблюдается положительная рефракция, то звуковые лучи будут отклоняться вверх, к поверхности, с последующим отражением от нее. Если на глубине есть термоклин - слой температурного скачка, то звуковые лучи, покидающие источник звука под углами малыми к горизонту, отражаются от него и захватываются звуковым каналом. Таким образом, поверхность моря формирует верхнюю границу приповерхностного звукового канала, а термоклин - нижнюю.


На сегодня, этого будет достаточно. Очень сложно уместить такой объем информации в одну статью и не погрешить против истины. Необходимо рассказать еще о зонах конвергенции, прогнозировании дальности обнаружения целей и о применении этих знаний на практике. Спасибо всем, кто дочитал до конца.

Найдены возможные дубликаты

+3
Мне кажется, играет роль не столько солёность воды, сколько её плотность. Понятно, что более солёная вода имеет более высокую плотность, но определяющим является именно плотность.

Можете, кстати, поподробнее рассказать о причине того, почему звуковая волна/луч распространяется по области меньших скоростей (рисунок 3)? Это связано с тем, что луч идёт по кратчайшему пути?
раскрыть ветку 6
+1

Основные параметры: плотность, соленость, и самый главный - температура. А вообще, факторов аномалии, влияющих на распространение  звука в воде порядка тридцати. Есть учебник "Основы гидроакустики" Роберта Урика. кому интересно - почитайте. Но сразу предупреждаю, гидроакустика наука сложная, сопромат отдыхает. И еще - плотность и соленость, понятия далеко не всегда связанные, поэтому при расчете ожидаемой дальности обнаружения цели учитываются отдельно.

раскрыть ветку 3
0
"Луч ищет прохладу"
Урик-библия гидроакустическая
раскрыть ветку 2
+1
Работает как с распространением света, использование модели лучей позволяет отказаться от волновой природы звука и использовать законы оптики
Естественно, с поправкой на скорость
+1
Звук, подобно электрическому току, движется по пути наименьшего сопротивления. Для этого он стремится в области низких температур, где плотность воды соответственно выше. В областях с более высокими температурами молекулы воды колеблятся "быстрее", но они расположены на сравнительно большом удалении друг от друга и на их преодоление затрачивается большее количество энергии.
+1
Поменьше воды в посте про гидроакустику? Не думаю. :)
+1

Отличное начало серии статей.

(Термоклин у нас на флоте традиционно называют "слой скачка")

+1

ещё в воде образуются такие интересные каналы, по которым можно держать звуковую связь на несколько тысяч километров)

+1

"- температура воды - с изменением температуры воды на 1 градус по Цельсию скорость звука в воде изменяется на 3 м/сек."  А в воде под давлением 100м погружения, там же изотермальное кипение происходит, как там?

0
солёность воды в системе СИ измеряется в мг/дм3 а не в промилях
раскрыть ветку 1
+2
А расстояния в километрах. Но у нас тут узлы и морские мили.
0
Хм, на 5 картинке вертолет "наш" Black Hawk, а пл противника - нерпа.
раскрыть ветку 1
+4
Если почитаете другие мои посты с тегом #охота за АПЛ, то поймёте, что пишу я о том, какие средства, стратегии и приемы используют и отрабатывают страны НАТО, и США в частности, для противодействия нашим подводникам. Я в своё время очень много времени уделял этому вопросу, интересуясь подводными лодками и ведением противолодочной войны.
0
По фото совсем не понятно , что за барабан внутри лодки. Есть ли фото покрупнее?))
раскрыть ветку 4
+2
Вот типа того, только это более старая антенна. Диаметр примерно пять метров. Штука внушительная.
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 3
+1
А каждая секция это направленный локатор?
раскрыть ветку 1
0

На фото антенна ГАК "Рубин", если не ошибаюсь.

0

Я так понял, что граница канала, это так называемый термоклин. И подводное судно под этим слоем засечь гораздо труднее. А на каких глубинах надо двигаться ПЛ для максимальной скрытности? (в разумных пределах конечно) Выходит, что стратегические ПЛ находясь под термоклином и идя на малом ходу практически невозможно засечь, особенно пассивными методами.

раскрыть ветку 2
+2
Зависит от того, какой тип гидрологии в районе. Для большей скрытности ПЛ занимают глубины ниже оси подводного звукового канала (ПЗК), чтобы их было сложнее засечь корабельными ГАС. Зная о наличии термоклина, те же вертолеты работают в паре, когда один из них ведёт поиск выше оси ПЗК, а другой опускает гидролокатор ниже оси ПЗК. Подробнее об этом я хотел написать во второй части.
раскрыть ветку 1
+2
Пиши вторую часть
-2
Иллюстрация к комментарию
Похожие посты